UNITÀ 12 - Le onde e il suono

Che cosa sono in generale le onde?

Puoi provare a rifare questa esperienza lasciando cadere il sasso in una bacinella piena d’acqua e posizionando una pallina da ping-pong vicino al punto di origine delle onde. Osservare i movimenti della pallina è come osservare i movimenti delle molecole d’acqua sottostanti ( 2 ).

La pallina, raggiunta dalle onde, oscilla in su e in giù, ma non si sposta orizzontalmente. Ciò accade perché le molecole d’acqua, colpite dal sasso, oscillano verticalmente e trasferiscono l’energia meccanica alle molecole vicine che a loro volta cominciano a oscillare. Non è quindi l’acqua che si sposta in modo orizzontale ma l’energia che si propaga dal punto in cui cade il sasso, sorgente, alle molecole d’acqua man mano più lontane. Le oscillazioni diventano sempre più piccole sinché si esauriscono perché tutta l’energia è stata trasferita.

Ciò che accade per le onde nell’acqua, vale per tutte le altre onde meccaniche: le onde sono infatti delle perturbazioni provocate da una sorgente in movimento che fanno oscillare le molecole del mezzo in cui si propagano (acqua, aria, terreno…), senza però spostarle. Nel caso delle onde del mare ( 3 ) la sorgente è il vento che esercita sull’acqua una forza che aumenta con l’intensità con cui il vento soffia.

Questo tipo di onda è detto trasversale, perché l’oscillazione delle molecole del mezzo in cui si propaga l’onda avviene perpendicolarmente alla direzione di propagazione. Oltre alle onde nell’acqua, sono onde trasversali anche anche le onde elettromagnetiche. Onde di tipo diverso si possono ottenere comprimendo ripetutamente l’estremità libera di una molla attaccata a un sostegno ( 5 ). Nel modello puoi notare zone della molla in cui le spire sono compresse e zone in cui sono invece più lontane tra loro.

Relazione tra lunghezza d’onda e frequenza

Nel disegno sono rappresentate due onde che si propagano nello stesso periodo di tempo. Come puoi osservare, la prima ha lunghezza d’onda λ1 e la seconda ha lunghezza d’onda λ2; λ1 è la metà di λ2. La frequenza f1 della prima onda è il doppio della frequenza f2 della seconda. Lunghezza d’onda (λ) e frequenza (f) sono dunque grandezze inversamente proporzionali: se λ raddoppia, f diventa la metà, se λ triplica, f diventa la terza parte, e così via.

Le onde trasportano la materia?

Sicuramente hai già visto nelle spiagge abbandonate accumuli di rifiuti portati dal mare. Per molte persone il mare è considerato come una pattumiera nella quale buttare qualsiasi oggetto non desiderato e spesso neppure biodegradabile. Tali oggetti inquinano le acque, danneggiano gli animali marini e inevitabilmente, se galleggiano, tornano in superficie e, a lungo andare, arrivano sulla costa. Questo fatto sembrerebbe contraddire la definizione di “onda” data dalla fisica, secondo la quale le onde non trasportano materia ma solo energia. In effetti il trasporto dei rifiuti sino alle spiagge non è opera delle onde ma di altre forze, come quelle del vento che sposta i corpi che galleggiano o delle correnti marine che trascinano con sé i corpi sospesi in profondità. Vicino alla costa poi l’acqua si scontra con il fondale e si creano dei turbini circolari in cui l’acqua è davvero in movimento e può scagliare i corpi sulle spiagge.